1IC封装热阻的定义与测量技术
芯片封装的热阻分析

芯⽚封装的热阻分析概述半导体器件散热的三个主要途径是:封装顶部到空⽓,或者封装顶部到散热⽚再到空⽓封装底部到电路板封装引脚到电路板在JEDEC中以热阻Theta来表⽰,其中ThetaJA参数综合了Die的⼤⼩, 封装⽅式,填充材料,封装材料,引脚设计,外部散热⽚和外部电路板的属性多个因素;ThetaJC和ThetaJB这2个参数是表征芯⽚和封装本⾝的,不会随着芯⽚封装外部环境的改变⽽改变。
关于芯⽚外部温度的趣事半导体元器件"烫⼿"未必不正常,55C摄⽒温度就会让⼈感觉发烫,很多⼤功率的芯⽚,表⾯温度可以达到85C摄⽒度以上。
对于Thermal测量的⼏个参数的困惑JEDEC对芯⽚封装的热性能参数的定义热阻参数ThetaJA,结到空⽓环境的热阻,= (Tj-Ta)/PThetaJC,结到封装外壳的热阻,= (Tj-Tc)/P, ⼀般⽽⾔是到封装顶部的热阻,所以⼀般的,ThetaJC = ThetaJTThetaJB,结到PCB的热阻, = (Tj-Tb)/P热特性参数PsiJT,结到封装顶部的热参数,=(Tj-Tt)/PPsiJB, 结到封装底部的热参数,=(Tj-Tb)/P其中:Tj - 芯⽚结温Ta - 芯⽚环境温度Tb - 芯⽚底部的表⾯温度Tc/Tt - 芯⽚顶部的表⾯温度按照JESD测量⽅法得出的ThetaJA热阻参数是对封装的品质度量,并⾮是application specific的热阻参数,只能是芯⽚封装的热性能品质参数的⽐较,不能应⽤于实际测量和分析中的结温预测。
PsiJT和PsiJB和ThetaXX参数不同,并⾮是器件的热阻值,只是数学构造物。
ThetaJA 结到空⽓环境的热阻ThetaJA是最常使⽤的热阻参数,也是最容易引起误解的参数。
IDT公司的定义ThetaJA = (Tj - Ta)/PThetaJA = (ThetaJB + ThetaBA) || (ThetaJC + ThetaCA);其中ThetaXY = (Tx - Ty)/PAltera公司的定义Without a heat sink, ThetaJA = ThetaJC + ThetaCA = (Tj - Ta)/PWith a heat sink , ThetaJA = ThetaJC + ThetaCS + ThetaSA = (Tj - Ta)/P实际上,Altera公司对加散热器的ThetaJA的定义不够严谨,散热器的引⼊相当于增加了⼀个散热通道,即增加了从管壳(Case)到散热器(heat Sink)的散热通道,所以加⼊散热器后,ThetaJA(heat sink) = ThetaJC + ( ThetaCA || ( ThetaCS + ThetaSA) )由于ThetaCA >> (ThetaCS + ThetaSA), 所以上式才可以近似化简为:ThetaJA = ThetaJC + ThetaCS + ThetaSA, 其中ThetaCS通常是导热硅脂或者硅胶, 热阻⾮常⼩TI公司的定义根据TI⽂档spra953c的描述, JESD定义ThetaJA的初衷是为了⼀种封装的相对热阻性能可以被互相⽐较,⽐如TI公司的某个芯⽚的热阻性能和其它公司的热阻性能做对⽐,前提是两家公司都是⽤JESD51-x中规定的标准⽅法来做测试,但是⼤部分芯⽚的热阻系数不会严格按照JESD51中规定的标准⽅法进⾏测量。
半导体器件结到壳热阻测试研究
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半导体器件结到壳热阻测试研究引言:半导体器件的热阻测试是一个关键的环节,它能够评估电子器件之间的热传导性能。
热阻测试可以帮助工程师确定器件的散热性能,从而避免过热造成的损坏和故障。
本文将对半导体器件结到壳热阻测试的研究进行探讨,并介绍一些测试方法和技术。
一、半导体器件热阻的定义和意义1.热阻:热阻是指在单位温度差下,单位面积内热流通过的阻力。
在半导体器件中,热阻是指电子器件之间传热效果的衡量指标。
热阻越小,表示器件的导热性能越好。
2.意义:半导体器件的散热性能直接影响到其稳定性和寿命。
通过热阻测试,可以了解器件的散热性能,并根据测试结果对器件进行设计和优化,从而提高器件的工作效率和可靠性。
二、半导体器件结到壳热阻测试方法1.实验法:实验法是最常用的热阻测试方法之一,可以使用热阻计或热阻测试仪器进行测试。
测试时,将半导体器件和散热器连接在一起,通过加热或给予热源,测量器件结温和散热器壳温,并计算热阻值。
实验法的优点是测量结果准确可靠,但测试过程较为繁琐。
2.数值模拟法:数值模拟法是通过计算机模拟的方法,对半导体器件的热阻进行估算。
这种方法可以根据器件结构和材料参数,计算出器件的热阻,从而在设计和优化过程中提供参考。
数值模拟法的优点是便捷快速,但需要准确的器件模型和材料参数。
3.热红外成像法:热红外成像法是一种非接触式的热阻测试方法,可以通过红外相机对器件的温度分布进行监测和记录。
通过分析红外图像,可以直观地了解器件的热分布情况,并间接估算热阻值。
热红外成像法的优点是非接触式测量、实时性好,但需要较高的设备成本。
三、半导体器件结到壳热阻测试技术1.界面材料的选择:界面材料是影响半导体器件热阻的重要因素之一、合适的界面材料可以提高器件的传热效率,常见的界面材料包括硅脂、硅胶和金属填充物等。
2.导热方法的优化:半导体器件的结到壳热阻受到热传导路径的影响,优化导热方法可以降低热阻。
常见的导热方法包括热泥涂覆、热垫片和热界面材料的使用。
电子元器件热阻测试简介
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热阻-热阻的测试原理
测试原理 功率测量
(1)固定U,测I U:功率源表, 直流电源
温度测量 TA/C
TJ 热电偶 无法直接测量
I:示波器 (2)固定I,测U(常用) U:功率源表, 直流电源
I:示波器
热阻- JEDEC 标准的封装热阻测试法
原理:
R JX
TJ X
PH
TJ TJ 0 TJ
热阻- JEDEC 标准的封装热阻测试法
步骤: 第一步:先根据脉冲电压不产生自热,维持 电流Im不变,施加变化的环境温度,测出对 应的变化的电压VFm,绘出电压——温度曲 线,求出斜率K(℃ / mV)。
第二步:施加功率电流/电压产生自热,对
DUT加热至稳定温度。 第三步:切换到测试电流Im,测出此时电 压,再利用K求出此时的结温。 TJ = TJ0 + △TJ (△TJ = K*△TSP)
T_hea Rθjc t 51.39 44.1 2.276 1200 3.204469 50.14 43.3 2.28 1200 3.001136 3.2567 5.218973 5.696491 5.43325 52.02 44.6 2.278 1200 56.25 44.6 2.232 1200 56.25 43.5 2.238 1200 56.25 44.1 2.236 1200
电子元器件热阻测试简介
20190212
热阻-什么是热阻
功率半导体器件在工作中总会产生一定的热量,倘若这些热量不能及时有
效地传播出去,就会造成器件内部热积累,结温上升,使得器件可靠性降
低,甚至造成器件功能失效,无法安全工作。 热阻是表征物质材料阻止热量传递的能力的综合参数,也就是直接反映器
IC封装的热特性-热阻
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IC封装的热特性摘要:IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。
本文描述了标准封装的热特性:热阻(用“theta”或Θ表示),ΘJA、ΘJC、ΘCA,并提供了热计算、热参考等热管理技术的详细信息。
引言为确保产品的高可靠性,在选择IC封装时应考虑其热管理指标。
所有IC在有功耗时都会发热,为了保证器件的结温低于最大允许温度,经由封装进行的从IC到周围环境的有效散热十分重要。
本文有助于设计人员和客户理解IC热管理的基本概念。
在讨论封装的热传导能力时,会从热阻和各“theta”值代表的含义入手,定义热特性的重要参数。
本文还提供了热计算公式和数据,以便能够得到正确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。
结温-PN结度热阻的重要性半导体热管理技术涉及到热阻,热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。
计算时,热阻用“Theta”表示,是由希腊语中“热”的拼写“thermos”衍生而来。
热阻对我们来说特别重要。
IC封装的热阻是衡量封装将管芯产生的热量传导至电路板或周围环境的能力的一个标准。
给出不同两点的温度,则从其中一点到另外一点的热流量大小完全由热阻决定。
如果已知一个IC封装的热阻,则根据给出的功耗和参考温度即可算出IC的结温。
Maxim网站(制造商、布线、产品、QA/可靠性、采购信息)中给出了常用的IC热阻值。
定义以下章节给出了Theta (Θ)、Psi (Ψ)的定义,这些标准参数用来表示IC封装的热特性。
ΘJA是结到周围环境的热阻,单位是°C/W。
周围环境通常被看作热“地”点。
ΘJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性,通常辐射的影响可以忽略。
ΘJA专指自然条件下(没有加通风措施)的数值。
ΘJC是结到管壳的热阻,管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。
ΘJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。
关于热阻
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Ver.2010-05-07
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关于热阻
[最大容许功率 Pd] IC 在常温(25℃以下)时的最大容许损失是用各 IC 的绝对最大定额消耗功率(Pd)来规定的。 环境温度超过 25℃时,就需变为对应各 IC 封装的热下降曲线(Derating Curve)。 以下显示的是一般的热下降曲线。
Pd [mW]
17
905
17
1110
17
1110
17
111017
1175
5
1815
10
1815
Tj:150℃ Pd
(mW) 420 830 1135 1315 1920 1665 1470 1190 1785 1920 1135 1385 1385 1385 1560 1560 1470 2270 2270
EMP8 EMP14 EMP8-E2 EMP16-E2 DMP8 DMP14 DMP16 DMP20 DMP24 SDMP30 HSOP82) SOP22 SOP28 SOP40 SOT891)2) TO2521)2) PCSP12-C3 PCSP20-CC PCSP20-E3 PCSP24-ED PCSP32-F7 PCSP32-G32) PCSP32-GD2)
VH
IM
VF
VF0
VFSS
图 6 测量电路图
注)VH 是在最大保存温度(Tstg-max)左右和前后各 3 点来设定的值。
[热阻计算] 根据表 2 可以算出θja 和Ψjt。
表 2 热阻的计算公式
热阻计算公式
[θja 计算公式]
θja = ΔTj = K × ΔVF VH × IH VH × IH
[℃/W]
-2-
半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术分析

半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术分析发布时间:2022-06-22T07:54:52.214Z 来源:《科技新时代》2022年6期作者:宾伟雄[导读] 随着社会经济的发展,机械技术水平不断提高,芯片作为电子系统工作的重要核心,若是其运作温度过高极易造成设备故障、系统瘫痪。
基于此,本文对半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术价值意义进行探讨,并分析该技术要点,以期为相关工作提供有效参考建议。
深圳市德瑞茵精密科技有限公司宾伟雄 518000摘要:随着社会经济的发展,机械技术水平不断提高,芯片作为电子系统工作的重要核心,若是其运作温度过高极易造成设备故障、系统瘫痪。
基于此,本文对半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术价值意义进行探讨,并分析该技术要点,以期为相关工作提供有效参考建议。
关键词:无损检测技术;半导体芯片;结温;热阻引言:当前的电子机械、电子系统都离不开芯片,但是在其运作过程中,其有源区耗散功率和其散热路径上各层材料的热阻,将会使核心器件结温,这不利于电子系统和机械设备的稳定运作。
因此,为提升此类系统与设备的运作可靠性,分析半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术是必要的。
1.探讨半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术价值意义根据长时间的工作经验,电子系统和机械设备中近60%的系统问题就是因为核心器件过热,尤其是微米级别的芯片,其有源区结温程度直接决定了系统运行的稳定性和年限。
除此之外,核心器件结温还与组件、散热器以及自身结构等方面有关,外加界面热阻,都会推高芯片结温。
但是,半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术中使用了一种对半导体温度变化数据进行瞬时采集的技术,并进行相关曲线的绘制,能够以无损、准确的状态对封装器件进行检测,掌握其最高结温参数以及各个路径上的热阻和热容。
而且,针对以往难以攻克的“厚层夹薄层”结构的检测问题,该技术中独创了“逐层推移”测量技术,有效打破现有的检测技术局限。
芯片封装热阻
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芯片封装热阻芯片封装热阻是指芯片在运行过程中产生的热量与环境之间的热阻,它对芯片的正常工作和长寿命起着至关重要的作用。
在现代电子产品中,芯片的功率密度越来越高,因此芯片的散热问题也变得越来越突出。
为了解决芯片的散热问题,封装技术被广泛应用。
封装是将芯片安装在特定的封装基板上,并通过封装材料将其与散热器等散热设备连接起来。
封装材料的热导率和散热器的设计都会对芯片的散热效果产生重要影响。
在芯片封装中,热阻是一个重要的参数。
它描述了芯片与散热器之间的热阻,即单位面积上的温度差与单位功率之间的比值。
热阻越小,芯片的散热效果就越好。
因此,在芯片封装设计中,降低热阻是一个关键的目标。
为了降低芯片封装的热阻,设计人员可以采取多种措施。
首先,选择合适的封装材料非常重要。
封装材料应具有较高的热导率和较低的热阻,以便快速将芯片的热量传导到散热器上。
其次,设计合理的散热器结构也是很重要的。
散热器应具有较大的表面积和较好的散热性能,以便有效地将芯片的热量散发到周围环境中。
芯片封装的热阻还受到环境温度的影响。
环境温度越高,芯片的散热效果就越差。
因此,在实际应用中,需要根据环境温度的变化来调整芯片封装的设计和散热装置的选择,以保证芯片的正常工作。
芯片封装热阻是影响芯片散热效果的重要因素。
通过选择合适的封装材料、设计合理的散热器结构和根据环境温度的变化进行调整,可以有效降低芯片封装的热阻,保证芯片的正常工作和长寿命。
在未来的发展中,随着芯片功率密度的进一步提高,芯片封装的热阻问题将变得更加重要,需要不断进行研究和创新,以满足日益增长的散热需求。
IC 封装热阻的定义与量测技术
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IC封装热阻的定义与量测技术刘君恺热阻值用于评估电子封装的散热效能,是热传设计中一个相当重要的参数,正确了解其物理意义以及使用方式对于电子产品的设计有很大的帮助,本文中详细介绍了热阻的定义、发展、以及量测方式,希望使工程设计人员对于热阻的观念以及量测方式有所了解,有助于电子产品的散热设计。
介绍近年来由于电子产业的蓬勃发展,电子组件的发展趋势朝向高功能、高复杂性、大量生产及低成本的方向。
组件的发热密度提升,伴随产生的发热问题也越来越严重,而产生的直接结果就是产品可靠度降低,因而热管理(thermal management)相关技术的发展也越来越重要【1】。
电子组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻(thermal resistance),以IC封装而言,最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻,其定义如下:热阻值一般常用?或是R表示,其中Tj为接面位置的温度,Tx为热传到某点位置的温度,P为输入的发热功率。
热阻大表示热不容易传递,因此组件所产生的温度就比较高,由热阻可以判断及预测组件的发热状况。
电子系统产品设计时,为了预测及分析组件的温度,需要使用热阻值的数据,因而组件设计者则除了需提供良好散热设计产品,更需提供可靠的热阻数据供系统设计之用【2】。
对于遍布世界各地的设计及制造厂商而言,为了要能成功的结合在一起,必须在关键技术上设定工业标准。
单就热管理技术而言,其中就牵涉了许多不同的软硬件制造厂商,因此需透过一些国际组织及联盟来订定相关技术标准。
本文中将就热阻的相关标准发展、物理意义及量测方式等相关问题作详细介绍,以使电子组件及系统设计者了解热阻相关的问题,并能正确的应用热阻值于组件及系统设计。
封装热传标准与定义在1980年代,封装的主要技术是利用穿孔(through hole)方式将组件安装于单面镀金属的主机板,IC组件的功率层级只有1W左右,在IC封装中唯一的散热增进方式是将导线架材料由低传导性的铁合金Alloy42改为高传导性的铜合金。
芯片 热阻
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芯片热阻芯片热阻是指芯片在工作过程中产生的热量与温度差之间的比值。
热阻的大小决定了芯片的散热能力,对芯片的稳定性和可靠性有着重要的影响。
芯片作为电子设备的核心部件,其工作时会产生大量的热量。
这些热量主要来自芯片内部的电路元件功耗以及来自外界的热量传导。
如果这些热量不能及时有效地散热,就会导致芯片温度升高,进而影响芯片的性能和寿命。
芯片热阻主要由以下几个因素决定:1.材料的热导率:芯片上常见的材料有金属、硅胶、热导胶等。
不同材料的热导率不同,热导率越高,芯片的热阻就越小,散热能力越强。
2.芯片结构的设计:芯片的结构设计会直接影响散热效果。
合理的结构设计可以增大芯片表面积,从而加大热量的散发面积,提高散热效率。
3.散热方式:芯片的散热方式有空气冷却、液体冷却、金属散热片等多种方式。
不同散热方式对应的散热效果也不同,散热方式的选择对芯片的散热性能有着重要影响。
芯片热阻的测量方法有两种:一种是静态测量法,一种是动态测量法。
静态测量法是通过将芯片放置在一定温度梯度的环境中,测量芯片表面的温度变化,进而得到芯片的热阻。
动态测量法是通过在芯片上施加一定的电流,测量芯片表面的温度变化,进而得到芯片的热阻。
这种方法相比静态方法更为准确,但需要专门的设备进行测量。
芯片热阻的大小决定了芯片的最高工作温度,不同类型的芯片所能承受的最高工作温度也不同。
如果芯片的工作温度超过了其承受范围,就会导致芯片的性能降低甚至损坏。
因此,合理设计芯片的散热系统,使其热阻尽可能小,对于提高芯片的性能和可靠性有着重要的意义。
综上所述,芯片热阻是芯片散热的重要指标,它直接影响了芯片的性能和寿命。
通过选择适当的散热方式以及合理的芯片结构设计,可以降低芯片的热阻,提高芯片的散热效果。
LDO 热阻

当今电子发展,芯片占据着重要的地位。随着芯片尺寸的减小,发热量变得 越来越大,对芯片的功耗要求也越来越高,这样就对芯片的温度控制提出更高的 要求。
热阻就是用来评估芯片散热效果的参数,在实际电子应用中,能够有效地应 用这个参数,会对产品的性能有很大提升。
本文将以 LDO 为例,介绍热阻的定义、测量方法以及应用方法,希望能够帮 助研发设计人员理解掌握并且能对电子产品做出合理的设计。
一、定义:
我们所说的芯片的热阻通常是指从芯片的结到固定位置的热阻,其定义如 下:
其中θ为热阻的符号,此公式中表示从 Junction 到 Location 的热阻,也就 是从芯片的结到固定位置的热阻。
TJ 为结的温度 TL 为固定位置的温度 P 为芯片的损耗功率
热阻的大小表示芯片散热的难易,如果热阻较大,那么芯片就较不容易传递 热量,这样芯片的结温也较高。
SEMI320-96、JEDEC JESD51-4 以及 MIL883 等标准中有详细的介绍,一般的热测 试芯片中包括了温度感应元件、加热用电阻以及用来连接的金属垫,有的芯片之 间有电桥设计,可使芯片做不同面积的组合,图 3 是两种热传递测试芯片。
图 3 两种不同的热测试芯片设计 (a)Delco (b)IMECPTCA
图8
θJB 量测 θJB 是指在几乎全部的热由芯片的结传到测试板的情况下,从结到测试板的
热阻,它的量测在 JEDEC51-8 中有详细的记录,需利用环形冷板,将测试板及封 装夹于中间,利用水冷的方式冷却铜板,使测试板温度降低,如图 9 所示。
图9
冷板夹到测试板的焊接线路上,离接脚最小 5mm 的距离,将热电偶焊接在封 装接脚来量测板温,封装及测试板的正上下面则以绝缘材料阻隔热散失,需要注 意夹持的力量大小。量测时首先需要量测封装的 K 因子,再将测试板及封装夹入 环形冷板中,等温度达到平衡,量测板温及 TSP 值之变化,利用下式算出热阻值。
热阻演示讲稿
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主要内容
• 热阻的定义 • 热阻的表达式 • 稳态热阻 • 瞬态热阻 • 瞬态温度响应曲线 • 结构函数 • Foster and Cauer 网络 • 结构函数工作流程
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结构函数法
• 由Szekly提出的结构函数法首次提供了一套完整 的数学方法来完成热阻构成的提取工作。
• 结构函数方法首先需要测量出半导体器件在阶跃 功率脉冲作用下,器件有源区的瞬态温度响应曲 线。由于器件温度响应曲线的特点是响应速度快 (第一时间常数为微秒量级)、持续时间长(封 装级时间常数为上百秒量级),时间跨度在8个数 量级以上。在各种温度测量技术中,电学法在测 量数据的采集与存储上有明显的优势,因此最适 合用于进行温度响应曲线的测量。
• 除功率持续时间外,半导体器件的瞬 态热阻与器件材料的几何尺寸、比热 容、热扩散系数有关,因此半导体器 件的瞬态温度特性可以反映出器件内 部的许多特性。
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主要内容
• 热阻的定义 • 热阻的表达式 • 稳态热阻 • 瞬态热阻 • 瞬态温度响应曲线 • 结构函数 • Foster and Cauer 网络 • 结构函数工作流程
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瞬态热阻
• 许多半导体器件是在脉冲功率条件下 工作的,显然器件的工作结温升与脉 冲宽度及占空比有关,因此在很多场 合下需要了解器件与施加功率时间相 关的热特性。瞬态热阻表达式为:
R(t) TJ (t) TR T (t)
PH
PH
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• 当功率的持续时间足够长,器件有源 区热量的产生与散热达到动态的平衡, 此时有源区温度不再随时间变化,这 时的瞬态热阻就是稳态热阻。
z ln t
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提取热时间常数
• 为了提取器件的热时间常数分布,定 义热时间常数谱函数 :
IC封装中热设计探讨
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IC 封装中的热设计探讨[1]摘要:简要介绍了集成电路各项热阻的含义及热阻的测试方法,并从封装材料的热传特性、电路的封装形式以及电路的内部机械参数等方面,探讨了改善集成电路热阻的方法,供从事封装热设计的工程技术人员参考。
1 IC 封装中的热设计研究的意义和目的当前,电子设备的主要失效形式就是热失效。
随着温度的增加,电子设备的失效率呈指数增长。
因为集成电路中如果产生的热量不能及时传递出去造成热积累,高温会造成电路内焊点金属间化合物(IMC)增厚加速,导致焊接点变脆,机械强度下降。
结点温度的升高还会使晶体管的电流放大倍数迅速增加,导致集电极电流增加,又使结温进一步升高,最终导致元件失效。
而不断增加的功率密度使得封装设计中的热设计工作越来越收到重视。
所以,本文以减小热失效为目的,以增加散热途径为方法,寻找高散热为导向。
其实,热失效是一个正反馈的过程,只要消除正反馈的条件,就可以消除热失效。
2 散热的途径2.1 传导物质本身或当物质与物质接触时,能量的传递就被称为热传导。
热传导遵循傅立叶传热定律:()L T T A K Q 21-⋅⋅=式中:Q —传导热量(W );K —传导系数(W/m.℃);A —传热面积(m 2);L —传热长度(m);21T T -—温度差(℃)。
热阻R 表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: ()A K L Q T T R ⋅=-=21因此,从热阻公式我们就可以发现,热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比,同距离成反比。
热传递系数越高、热传递面积越大,传输的距离越短,那么热传导的能量就越高,也就越容易带走热量。
2.2 对流对流是指流体(气体或液体)与固体便面接触,造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。
热对流公式为:()21T T A H Q -⨯⨯=式中:Q —传导热量;H —热对流系数值;A —传热面积;21T T -—温度差;可见热对对流传递中,热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系;热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高,所能带走的热量也就越多。
2IC封装热阻的定义与测量技术

随着IC封装轻薄短小以及发热密度不断提升的趋势,散热问题日益重要,如何降低封装热阻以增进散热效能是封装设计中很重要的技术。
由于构造不同,各种封装形式的散热效应及设计方式也不尽相同,本片文中将介绍各种封装形式,包括导线架(Leadframe)形式、球状格子数组形式(BGA)以及覆晶(Flip Chip)形式封装的散热增进设计方式及其影响。
前言随着电子产品的快速发展,对于功能以及缩小体积的需求越来越大,除了桌上型计算机的速度不断升级,像是笔记型计算机、手机、迷你CD、掌上型计算机等个人化的产品也成为重要的发展趋势,相对的产品所使用的IC功能也越来越强、运算速度越来越快、体积却越来越小,如<图1>所示。
整个演进的趋势正以惊人的速度推进,而对这种趋势能造成阻碍的一个主要因素就是「热」。
热生成的主要因素是由于IC中百万个晶体管计算时所产生的功率消耗,这些热虽然可藉由提升IC制程能力来降低电压等方式来减少,但是仍然不能解决发热密度增加的趋势,以CPU为例,如<图2>所示,发热瓦数正逐年增加。
散热问题如不解决,会使IC因过热而影响到产品的可靠性,造成寿命减低甚至损毁的结果。
图1 电子产品及IC尺寸演进图2 Intel CPU发热功率趋势封装发展的趋势从早期PCB穿孔的安装方式到目前以表面粘着的型式,PCB上可以安装更多更密的IC,使得组装的密度增高,散热的问题也更为严重。
针对于IC封装层级的散热问题,最基本的方式就是从组件本身的构造来做散热增强的设计。
而采用多层板的设计等方式,对PCB 层级的散热也有明显的帮助,而当发热密度更大时,则需要近一步的系统层级的散热设计如散热片或风扇的安装等,才能解决散热问题。
就成本的角度来看,各层级所需的费用是递增的,因此IC封装层级的散热问题就特别重要了。
IC封装的型式很多,如<图1>所示,包括了以导线脚或是以锡球连接于印刷电路板上的方式,以导线脚连接的方式像是TSOP、QFP、LCC等封装,是由金属导线架支撑封装结构,借着两面或四边的接脚和PCB连接。
晶圆界面热阻瞬态热反射测量_概述说明以及解释

晶圆界面热阻瞬态热反射测量概述说明以及解释1. 引言1.1 概述晶圆界面热阻是半导体器件中的关键参数,它描述了从芯片表面到散热系统之间的热传递能力。
随着技术的不断进步和半导体器件的不断发展,对于更高性能和更紧凑尺寸的芯片,对晶圆界面热阻的要求变得越来越高。
为了准确测量晶圆界面热阻以及理解其对器件性能的影响,瞬态热反射测量成为一种重要的实验方法。
通过在样品上施加脉冲激励并测量反射信号的时间-温度曲线,可以获得与晶圆界面热阻相关联的特征参数,并进行进一步分析和解释。
本文将全面介绍晶圆界面热阻以及瞬态热反射测量方法,并通过分析真实案例来展示其应用价值和可行性。
1.2 文章结构本文共分为五个部分:引言、正文、解释、结论和结束语。
其中正文包括晶圆界面热阻定义和重要性、瞬态热反射测量原理及方法以及基于晶圆界面热阻的应用案例分析。
1.3 目的本文的目的是介绍晶圆界面热阻和瞬态热反射测量,探讨它们之间的关系,并通过实验结果的解释和讨论来验证这种关系。
同时,对未来相关研究方向进行展望,为进一步深入理解和应用晶圆界面热阻提供指导。
(注:本答案仅提供了“1. 引言”部分内容的示例,实际撰写时需要根据具体知识点和要表达的观点进行扩充和完善)2. 正文:2.1 晶圆界面热阻的定义和重要性晶圆界面热阻是指在集成电路制造中,芯片与散热器之间的热传导阻力。
由于电子元件工作时会产生大量的热量,如果无法有效地将这些热量传递到散热器上进行散热,芯片温度就会升高,进而影响其性能和寿命。
晶圆界面热阻的重要性主要体现在两个方面。
首先,它直接关系到芯片的工作温度以及可靠性。
如果界面热阻较高,导致芯片无法快速有效地散热,将对芯片的稳定性和长期可靠性造成负面影响。
其次,在电子封装技术中,对芯片-散热器界面的优化设计可以提高整体系统的散热效果,并减小功耗。
2.2 瞬态热反射测量原理及方法针对晶圆界面热阻的测量,一种常用且有效的方法是采用瞬态热反射技术。
热阻定义

热阻定义————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:我最近在写热分析和热设计的章节,把一些材料整理出来给大家分享一下,与原文有些差距,增加多样性,呵呵。
ﻫﻫ首先看英文的指引,是指JESD51中关于热阻和热特性参数的表格定义。
Theta (θ)、Psi (Ψ)的定义ﻫ热阻划分ﻫθJA 是结到周围环境的热阻,单位是°C/W。
θJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性,通常辐射的影响可以忽略。
θJA专指自然条件下的数值。
器件说明书中的ΦJA是根据JESD51标准给出的,其标准环境是指将器件安装在较大的印刷电路板上,并置于1立方英尺的静止空气中。
因此说明书中的数值没有太大的参考价值。
ﻫﻫθJC是结到管壳的热阻,管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。
θJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。
ﻫ注意θJC表示的仅仅是散热通路到封装表面的电阻,因此θJC总是小于θJA。
θJC表示是特定的、通过传导方式进行热传递的散热通路的热阻,而θJA则表示的是通过传导、对流、辐射等方式进行热传递的散热通路的热阻。
ﻫθCA是指从管壳到周围环境的热阻。
θCA包括从封装外表面到周围环境的所有散热通路的热阻。
注意,如果有散热片,则可分为θCS和θSA。
ﻫθJA=θJC+ θCAθJB是指从结到电路板的热阻,它对结到电路板的热通路进行了量化。
通常θJB的测量位置在电路板上靠近封装处。
θJB包括来自两个方面的热阻:从IC的结到封装底部参考点的热阻,以及贯穿封装底部的电路板的热阻。
以上三个热阻的对比图:ﻫﻫ热特性ﻫΨ和θ之定义类似,但不同之处是Ψ 是指在大部分的热量传递的状况下,而θ是指全部的热量传递。
在实际的电子系统散热时,热会由封装的上下甚至周围传出,而不一定会由单一方向传递,因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。
芯片热阻测试

芯片热阻测试芯片热阻测试是电子行业中常用的一种测试方法,用于评估芯片在工作过程中的散热能力。
芯片的热阻是指芯片在单位面积上单位时间内散发的热量与芯片温度之间的比值。
通过测量芯片的热阻,可以判断芯片在工作时是否会过热,从而保证芯片的稳定性和可靠性。
芯片的热阻测试通常需要使用热阻测试仪器,该仪器能够提供稳定的电流和电压,同时能够测量芯片的温度。
在测试过程中,首先需要将芯片与散热器紧密接触,以确保热量能够有效地传递到散热器上。
然后,通过在芯片上施加稳定的电流和电压,使芯片产生热量。
测试仪器会实时测量芯片的温度,并记录下来。
在测试过程中,需要注意以下几点。
首先,要确保测试环境的稳定性,包括室温、湿度等因素。
这些因素会对测试结果产生影响,因此需要严格控制。
其次,要选择合适的测试参数,包括电流、电压等。
这些参数应该根据芯片的规格和要求进行选择,以保证测试的准确性和可靠性。
最后,要进行多次测试,以取得稳定和一致的结果。
每次测试应该持续足够的时间,以确保芯片的温度达到稳定状态。
芯片热阻测试的结果通常以温度-时间曲线的形式呈现。
通过分析曲线的斜率,可以计算出芯片的热阻值。
热阻值越小,说明芯片的散热能力越好。
热阻测试的结果可以用于评估芯片的散热性能,并在设计和生产中进行优化。
芯片热阻测试在电子行业中具有重要的意义。
首先,芯片的热阻是芯片设计和制造的重要参数之一。
通过测试芯片的热阻,可以评估芯片的散热能力是否满足要求,从而指导芯片的设计和制造。
其次,芯片的散热能力直接影响芯片的性能和可靠性。
如果芯片的散热能力不足,可能会导致芯片过热,从而影响芯片的性能和寿命。
因此,芯片热阻测试对于保证芯片的稳定性和可靠性非常重要。
除了芯片热阻测试,还有一些其他与芯片散热相关的测试方法。
例如,可以使用红外热像仪来检测芯片的温度分布,以评估散热器的散热效果。
还可以使用热敏电阻或热电偶等传感器来测量芯片的温度,以提供更准确的测试结果。
这些测试方法可以互相补充,以全面评估芯片的散热性能。
ic热阻分布

ic热阻分布IC热阻是衡量集成电路(IC)封装将管芯产生的热量传导至电路板或周围环境的能力的一个标准。
在电子工程领域,热阻通常用来描述电子器件的散热能力,它是阻碍热量流动的一种度量。
对于IC来说,热阻的大小直接影响到器件的工作温度,进而影响其性能和可靠性。
以下是一些关于IC热阻分布的具体信息:1. 热阻的定义:热阻类似于电阻,它表示热量传递过程中的阻力。
热量传递有三种形式:热传导、热对流和热辐射。
在IC封装中,热量传递主要是以热传导为主。
2. 热阻网络模型:热阻可以通过一个网络模型来表示,这个模型包括了从芯片结点(热源)到外部环境的各个部分的热阻。
例如,ΘJA表示结到周围环境的热阻,ΘJC表示结到外壳的热阻。
3. 热阻的分类:常见的IC热阻分类包括Rja(结至外界空气的热阻),这个参数由芯片制造商提供,用来判断芯片散热性能的好坏。
Rja热阻数值的大小可以通过自然冷却或强迫风冷的方式来计算。
4. 热阻的测量:热阻的测量通常需要专业的设备和方法。
例如,将芯片放置于JEDEC标准的密闭测试机箱中,通过自然冷却进行散热,或者放置于风洞中,通过外界的强迫风冷对芯片进行散热,以此来计算不同条件下的芯片Rja热阻。
5. 热阻的应用:已知IC封装的热阻,可以根据给出的功耗和参考温度计算出IC的结温。
这对于电子器件及系统设计工程师来说是一个重要的参数,因为它可以帮助他们解决器件及系统过热问题。
综上所述,IC热阻分布是电子设计和制造中的一个重要方面,它关系到IC的性能和寿命。
设计师需要根据具体的应用环境和散热需求来选择合适的IC封装和散热方案,以确保IC能够在安全的温度范围内稳定工作。
热阻和结温详细概念和设计指导

热阻和结温详细概念和设计指导-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN结温(junction temperature)结温(junction temperature)是处于电子设备中实际半导体芯片(晶圆、裸片)的最高温度。
它通常高于外壳温度和器件表面温度。
结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。
2最高结温最高结温会在器件的datasheet数据表中给出,可以用来计算在给定功耗下器件外壳至环境的热阻。
这可以用来选定合适的散热装置。
如果器件工作温度超过最高结温,器件中的晶体管就可能会被破坏,器件也随即失效,所以应采取各种途径降低工作温度或是让结温产生的热量尽快散发至环境中。
结温为:热阻×输入电力+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,也能正常工作。
一个芯片结温的估计值Tj,可以从下面的公式中计算出来:Tj=Ta+( R θJA × PD )Ta = 封装的环境温度 ( º C )R θJA = P-N结至环境的热阻 ( º C / W )PD = 封装的功耗 (W)3降低结温的途径1、减少器件本身的热阻;2、良好的二次散热机构;3、减少器件与二次散热机构安装介面之间的热阻;4、控制额定输入功率;5、降低环境温度;热阻thermal resistance热量在热流路径上遇到的阻力,反映介质或介质间的传热能力的大小,表明了 1W热量所引起的温升大小,单位为℃/W或K/W。
用热功耗乘以热阻,即可获得该传热路径上的温升。
可以用一个简单的类比来解释热阻的意义,换热量相当于电流,温差相当于电压,则热阻相当于电阻。
热阻Rja:芯片的热源结(junction)到周围冷却空气(ambient)的总热阻,乘以其发热量即获得器件温升。
热阻Rjc:芯片的热源结到封装外壳间的热阻,乘以发热量即获得结与壳的温差。
IC的热特性-热阻

Application ReportZHCA592 – January 20141IC 的热特性-热阻刘先锋Seasat Liu ,秦小虎 Xiaohu Qin 肖昕 Jerry XiaoNorth China OEM Team摘要IC 封装的热特性对IC 应用和可靠性是非常重要的参数。
本文详细描述了标准封装的热特性主要参数:热阻(ΘJA 、ΘJC 、ΘCA )等参数。
本文就热阻相关标准的发展、物理意义及测量方式等相关问题作详细介绍,并提出了在实际系统中热计算和热管理的一些经验方法。
希望使电子器件及系统设计工程师能明了热阻值的相关原理及应用,以解决器件及系统过热问题。
目录1引言 ................................................................................................................................................ 2 2热特性基础 ..................................................................................................................................... 2 3热阻 ................................................................................................................................................ 2 4 常用热阻值 ..................................................................................................................................... 5 5 有效散热的经验法则 .. (6)5.1 选择合适的封装 (6)5.2 尽可能大面积的PCB 覆铜 (6)5.3 增加铜厚度 (8)5.4 用散热焊盘和过孔将多层PCB 连接 (8)5.5 合理的散热结构,不影响散热路径,便于热能的扩散 (8)5.6 散热片的合理使用 (9)5.7 选取合适的截面导热材料 (9)5.8 机箱散热 (9)5.9 不要在散热走线上覆阻焊层 (10)6 总结 (10)7参考文献 (10)图表图 1.芯片热阻示意图 ................................................................................................................. 3 图 2.JESD51标准芯片热阻测量环境示意图 ............................................................................... 4 图 3.TO-263 热阻模型图............................................................................................................ 4 图 4.典型的PCB 扩展热阻模型图 .............................................................................................. 5 图 5.ADS58C48在不同温度和工作电压下的特性 ....................................................................... 6 图 6.热阻和铜散热区面积的关系 ................................................................................................ 7 图 7.功耗和铜散热区面积的关系 ................................................................................................ 7 图 8.ADS62C17建议过孔方案 ................................................................................................... 8 图 9.BGA 芯片加散热片后热阻示意图 (9)ZHCA5922 IC 的热特性-热阻1 引言半导体技术按照摩尔定理不断的发展,集成电路的密度越来越高,尺寸越来越小。
IC的热特性-热阻
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Application ReportZHCA592 – January 20141IC 的热特性-热阻刘先锋Seasat Liu ,秦小虎 Xiaohu Qin 肖昕 Jerry XiaoNorth China OEM Team摘要IC 封装的热特性对IC 应用和可靠性是非常重要的参数。
本文详细描述了标准封装的热特性主要参数:热阻(ΘJA 、ΘJC 、ΘCA )等参数。
本文就热阻相关标准的发展、物理意义及测量方式等相关问题作详细介绍,并提出了在实际系统中热计算和热管理的一些经验方法。
希望使电子器件及系统设计工程师能明了热阻值的相关原理及应用,以解决器件及系统过热问题。
目录1引言 ................................................................................................................................................ 2 2热特性基础 ..................................................................................................................................... 2 3热阻 ................................................................................................................................................ 2 4 常用热阻值 ..................................................................................................................................... 5 5 有效散热的经验法则 .. (6)5.1 选择合适的封装 (6)5.2 尽可能大面积的PCB 覆铜 (6)5.3 增加铜厚度 (8)5.4 用散热焊盘和过孔将多层PCB 连接 (8)5.5 合理的散热结构,不影响散热路径,便于热能的扩散 (8)5.6 散热片的合理使用 (9)5.7 选取合适的截面导热材料 (9)5.8 机箱散热 (9)5.9 不要在散热走线上覆阻焊层 (10)6 总结 (10)7参考文献 (10)图表图 1.芯片热阻示意图 ................................................................................................................. 3 图 2.JESD51标准芯片热阻测量环境示意图 ............................................................................... 4 图 3.TO-263 热阻模型图............................................................................................................ 4 图 4.典型的PCB 扩展热阻模型图 .............................................................................................. 5 图 5.ADS58C48在不同温度和工作电压下的特性 ....................................................................... 6 图 6.热阻和铜散热区面积的关系 ................................................................................................ 7 图 7.功耗和铜散热区面积的关系 ................................................................................................ 7 图 8.ADS62C17建议过孔方案 ................................................................................................... 8 图 9.BGA 芯片加散热片后热阻示意图 (9)ZHCA5922 IC 的热特性-热阻1 引言半导体技术按照摩尔定理不断的发展,集成电路的密度越来越高,尺寸越来越小。
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散热设计(一)IC封装热阻的定义与测量技术晨怡热管/news/42/2006-10-2 1:29:47日期:2005-11-6 23:34:35 来源:电子设计资源网查看:[大中小] 作者:刘君恺热度:热阻值用于评估电子封装的散热效能,是热传设计中一个相当重要的参数,正确了解其物理意义以及使用方式对于电子产品的设计有很大的帮助,本文中详细介绍了热阻的定义、发展、以及测量方式,希望使工程设计人员对于热阻的观念以及测量方式有所了解,有助于电子产品的散热设计。
介绍近年来由于电子产业的蓬勃发展,电子组件的发展趋势朝向高功能、高复杂性、大量生产及低成本的方向。
组件的发热密度提升,伴随产生的发热问题也越来越严重,而产生的直接结果就是产品可靠度降低,因而热管理(thermal management)相关技术的发展也越来越重要【1】。
电子组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻(thermal resistance),以IC 封装而言,最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻,其定义如下:热阻值一般常用θ或是R表示,其中Tj为接面位置的温度,Tx为热传到某点位置的温度,P 为输入的发热功率。
热阻大表示热不容易传递,因此组件所产生的温度就比较高,由热阻可以判断及预测组件的发热状况。
电子系统产品设计时,为了预测及分析组件的温度,需要使用热阻值的资料,因而组件设计者则除了需提供良好散热设计产品,更需提供可靠的热阻资料供系统设计之用【2】。
对于遍布世界各地的设计及制造厂商而言,为了要能成功的结合在一起,必须在关键技术上设定工业标准。
单就热管理技术而言,其中就牵涉了许多不同的软硬件制造厂商,因此需透过一些国际组织及联盟来订定相关技术标准。
本文中将就热阻的相关标准发展、物理意义及测量方式等相关问题作详细介绍,以使电子组件及系统设计者了解热阻相关的问题,并能正确的应用热阻值于组件及系统设计。
封装热传标准与定义在1980年代,封装的主要技术是利用穿孔(through hole)方式将组件安装于单面镀金属的主机板,IC组件的功率层级只有1W左右,在IC封装中唯一的散热增进方式是将导线架材料由低传导性的铁合金Alloy42改为高传导性的铜合金。
随着技术的提升,从1990年代开始,半导体及电子封装技术已经有了很大的进步,为了增加组装密度,组件的安装方式采用表面粘着(surface mount)技术,虽然机板采用更多电源层的多层铜箔的机板,然而所产生的热传问题却更为严重。
为了增加封装的散热效能,开始将金属的散热片(heat spreader)插入封装之中。
在1990年代晚期,BGA(Ball Grid Array)的封装型式开始发展,由于面数组的方式可容纳更多的锡球作为I/O,因此封装的体积大量缩小,而相对的机板的I/O线路也越来越小,使封装技术朝向更进一步的演进,产生的热传问题也较以往更为严重。
早期的电子热传工业标准主要是SEMI标准【3】,该标准定义了IC封装在自然对流、风洞及无限平板的测试环境下的测试标准。
自1990年之后,JEDEC JC51委员会邀集厂商及专家开始发展新的热传工业标准,针对热管理方面提出多项的标准【4】,其中包含了已出版的部分、已提出的部分建议提出的部分,热管理相关标准整理成如图一之表格分布。
和SEMI标准相比,虽然基本测量方式及原理相同,但内容更为完整,另外也针对一些定义做更清楚的说明【5】。
图一 JEDEC JC15.1 会议订定之已发表标准、提出之标准及建议之标准SEMI的标准中定义了两种热阻值,即Θja及Θjc,其中Θja是测量在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热传,如图二(a)所示。
由于测量是在标准规范的条件下去做,因此对于不同的基板设计以及环境条件就会有不同的结果,此值可用于比较封装散热的容易与否,用于定性的比较,Θjc是指热由芯片接面传到IC封装外壳的热阻,如图二(b),在测量时需接触一等温面。
该值主要是用于评估散热片的性能。
随着封装型式的改变,在新的JEDEC标准中增加了Θjb、Ψjt、Ψjb等几个定义,其中Θjb为在几乎全部热由芯片接面传到测试板的环境下,由芯片接面到测试板上的热阻,如图二(c)所示,该值可用于评估PCB的热传效能。
Ψjx为热传特性参数,其定义如下Ψ和Θ之定义类似,但不同之处是Ψ是指在大部分的热量传递的状况下,而Θ是指全部的热量传递。
在实际的电子系统散热时,热会由封装的上下甚至周围传出,而不一定会由单一方向传递,因此Ψ之定义比较符合实际系统的测量状况。
Ψjt是指部分的热由芯片接面传到封装上方外壳,如图二(d)所示,该定义可用于实际系统产品由IC封装外表面温度预测芯片接面温度。
Ψjb 和Θjb类似,但是是指在自然对流以及风洞环境下由芯片接面传到下方测试板部分热传时所产生的热阻,可用于由板温去预测接面温度。
虽然标准下之各种热阻测量值可应用于实际系统产品之温度预测,但是实际应用时仍然有很大的限制。
使用标准的Θja、Θjb、Ψjt、Ψjb等测量参数于系统产品的温度预测时,需注意标准测试条件所用的测试板尺寸、铜箔层及含铜量,也应注意测量时所采用的自然对流及风洞环境和实际系统的差别为何。
大致上来说,由实验测量之热阻值或是热传参数的主要用途是做为IC封装散热效能的定性比较,也就是不论由哪家封装厂封装,只要符合标准方式,就可以比较其散热状况,对于封装散热设计或热传状况有很大的帮助。
另外就是实验测量之值也可做为数值仿真的验证及简化之用。
热阻测量方法介绍由于一般IC封装时芯片接面会被封装材料盖住,而无法直接测量芯片工作时其接面发热的温度,因此热阻测量所采用的方式一般是利用组件的电性特性来测量,例如芯片上的二极管或晶体管的温度及电压特性。
电性连接的方式如图三所示【6】,以二极管而言,由于其顺向偏压和温度会呈线性关系,因此可用来做为温度敏感参数(Temperature Sensitive parameter)。
由于一般实际的芯片上并不一定有容易测量的二极管接脚,再加上许多封装需在封装实际芯片之前就要测量封装之热阻值,因此大部分是采用热测试芯片(thermal test chip)来进行封装的热阻测量如图四所示【6】。
热测试芯片的制造目前已有许多厂商的产品可供利用,其一般的设计标准在SEMI 320-96、JEDEC JESD51-4以及MIL883等标准中有详细的介绍,一般的热测试芯片中包括了温度感应组件、加热用电阻以及用来连接的金属垫,有的芯片之间有电桥之设计,可使芯片做不同面积之组合,图五为两种热传测试芯片。
图三利用组件中二极管测试的实验【6】图四利用热测试芯片测试的实验【6】图五两种不同的热测试芯片设计(a)Delco (b)IMECPTCA测量之前的准备工作首先将和真实芯片相同大小的热测试芯片依各种封装型式的需求封装起来,再依其粘着方式焊接于测试板上,如图六所示。
热测试板有两层板及四层板两种,仿真低热导性板及高热导性板两种状况。
将封装上有讯号传出的接脚以细电线连接到测试板下方的金手指,将测试板插入连接器中,接出所需的讯号。
由于热测试芯片的供应电流、输出电压以及电阻值各供应厂商都有提供测量值,测量前最好先以电表及定电源供应器确定讯号线的连接是否正确。
以下将介绍Θja、Θjb以及Θjc之测量方式。
图六两种不同封装之测试板设计(a)面数组型式(b)导线架接脚型式1. Θja之测量其测量过程分为温度敏感系数的校正以及自然和风洞测试环境的测量两个部分。
其主要设备包括电表、定电流供应器、电源供应器、温度记录器、恒温箱、自然对流测试箱以及风洞装置。
测量时首先需决定封装的温度敏感参数TSP(temperature sensitive parameter),该值为二极管之输出电压值。
供应微小电流到封装中,将封装置于恒温箱中加热到固定温度,等到封装内部及环境温度到达稳定,测量封装表面的温度值,记录二极管电压输出(TSP)值。
记录几点不同的温度及电压值,做出温度校正线,如图七所示,找出实验值的斜率,称为K因子(K factor)。
图七 TSP参数校正线接下来将封装及测试板放入自然对流的测试箱中,如图八所示,输入固定电源加热芯片,记录输出电压,利用温度校正线换算芯片接面的温差值,如式(4)所示,再利用式(5)计算出热阻值。
图八自然对流封装测试其中TA0为输入电源前的温度,而TAss为到达稳定状态时的温度。
作风洞实验时,如图九所示,先将封装及测试板放置于风洞中固定位置,调节风洞固定风速,再输入不同电源加热芯片,记录在不同风速下的输入电源、输出电压及环境温度,利用温度校正线算出芯片接面温度,再利用式(1)计算出热阻值。
图九封装热阻测试风洞2. θjc之测量θjc之测量虽然在SEMI G30中有介绍,主要是利用温度控制的散热片或是温度控制的流体槽方式,使热由单一方向传递,但实际测量不同型式的封装时有困难,因此JEDEC中尚未定义出测量方法,主要的原因是必需全部的热由封装上方传出,由于封装的热会经由接脚或锡球传递,因此在一般环境之下很难控制全部的热传向上方,造成实际测量时会有热损失。
其二是依定义所测量的面必须最接近芯片接面以及维持等温面,这也使得实际测量上有困难。
最近一种新的测量方式受到注意【7】,其主要是利用热传的瞬时趋近方式,将瞬时量得的热阻分成三个部分,即由芯片接面到封装外壳之热阻θjc、接口材料之热阻θi以及散热片或冷板(cold plate)之热阻θcp,其测试装置如图十所示,其中θi为常数,在瞬时下测量θjx、θcp之值,由下式可算出θjc之值。
由于利用瞬时特性,因此可避免等温面等问题。
图十θjc测量装置【7】3. θjb之测量Θjb之测量在JEDEC51-8中有详细的记载,需利用环型冷板(ring cold plate),将测试板及封装夹于中间,利用水冷的方式冷却铜板,使测试板温度降低,如图十一所示。
冷板夹到测试板的焊接线路上,离接脚最小5mm的距离,将热电偶焊接于封装接脚以测量板温,封装及测试板的正上下面则以绝缘材料以隔绝热散失,需注意挟持的力量大小。
测量时首先需测量封装之K因子,其方式如上所述,将测试板及封装夹入环型冷板中,等温度达到平衡,测量板温及TSP 值之变化,利用 (7)式算出热阻值。
图十一θjb测量装置及示意图结论热阻值是电子组件设计时很重要的参数,因此如何精确的量出热阻值就成为很重要的技术。
本文中就热阻相关标准的发展、物理意义及测量方式等相关问题作详细介绍,希望使电子组件及系统设计工程师能明了热阻值的相关原理及应用,以解决组件及系统过热问题。
然而利用标准的测量方法测量出的热阻值在设计应用时仍然须注意一些重点,当系统环境与标准的测试环境不同时(如PCB的大小及风速)热阻值会有所不同,因此利用标准方式量出的热阻值最好是作为性能比较或是数值验证之用,用作实际设计时则仅供参考,否则会产生较大的误差。